Эколого-геохимическая оценка техногенного загрязнения поверхностных отложений промышленных зон бывшего завода «Радикал»

Эколого-геохимическая оценка техногенного загрязнения поверхностных отложений промышленных зон бывшего завода «Радикал»

Одной из актуальных проблем геохимии является анализ процессов, протекающих в компонентах геологической среды, подверженных экологическому загрязнению. В этой связи рассматривается территория бывшего завода «Радикал», как зона экологического риска в пределах города Киева.

Завод находится на левом берегу Днепра в промышленной зоне Днепровского района г. Киева. На сегодняшний день это жилой район, вблизи рассматриваемой территории находится большой торговый центр «Дарынок», продуктовый рынок «Лесной», станция метро «Лесная» и жилой массив (рис. 1).

Открытое акционерное общество «Радикал», бывший Киевский завод химикатов производил хлор и каустическую соду с помощью электролиза водного раствора хлорида натрия с ртутным катодом, в период с 1954 по 1996 годов. Расчетная балансовая величина общих потерь ртути за 42 года эксплуатации производства составила примерно 700 т, из которых до 100 т составили потери с газовыми выбросами, до 200 т в виде механических потерь поступило в основание цеха электролиза, до 5 т осело в виде примеси на складе соли, до 3 т находятся в шламонакопителе в составе не вывезенных ртутьсодержащих отходов [1].

В 1996 году произошла техногенная авария — в результате обвала крыши электролизного цеха зафиксировано значительное загрязнение почвенных отложений и строительных конструкций ртутью (рис. 2).

Кроме того, цистерны, в которых содержатся соляная и серная кислоты стоят под открытым небом и вследствие воздействия внешних условий происходит их разрушение. Ртуть является легколетучей, что позволяет ей мигрировать в атмосфере, водах, почвах, горных породах и переходить из одной среды в другую. Единственное средство защиты от ртути — ее полное удаление от местожительства людей и захоронение [2].

После техногенной аварии проводились единичные работы, по выявлению степени загрязнения территории ртути, которые не были представлены для ознакомления.

Рис. 1. Схема расположения территории исследований

а: 1 — станция метро «Лесная», 2 — территория бывшего комбината «Дарна» (Дарницкий шелковый комбинат), 3 — торговый центр «Дарынок», 4 — ВАТ «Киевхимволокно», 5 — территория бывшего завода «Радикал», 6 — электролизный цех; б — схема расположения изучаемых площадей Рис. 2. Вид электролизного цеха (фото — Панаит Э. В., 2014 г.)

Объектом исследований являлись поверхностные отложения (техногенные отложения и дерновоподзолистые почвы), изучение их химического состава. Так как поверхностный слой (почвы и техногенный материал) принимает на себя основную долю нагрузки от всех видов хозяйственной деятельности человека, он является индикатором техногенного загрязнения. Существует несколько видов антропогенного воздействия на почву, нами рассматриваются особенности химического загрязнения.

Целью исследований явилось выявление литохимических аномалий ртути на территории вблизи завода. Это было достигнуто путем решения следующих задач: проведение полевых работ на участке исследований (отбор почв); сбор и систематизация фондовых и литературных данных; расчет геохимических параметров; определение интенсивности литохимических аномалий. Следует отметить, что техногенные литохимические аномалии имеют площадно-временные критерии. Если природные аномалии характеризуются незакономерным распределением содержаний с глубиной и отсутствием изменений во времени, то техногенным аномалиям свойственно быстрые изменения пространственных положений аномалий и уменьшение их интенсивности во времени [3].

Дерново-подзолистые почвы слабо связывают тяжелые металлы, легко отдают их растениям или пропускают их с фильтрующими водами. Таким образом, загрязняя растения и подземные воды.

Изучение ртути, ее распределения и путей миграции в обьектах окружающей среды началось в середине ХХ столетия. Основоположником изучения распределения химических элементов и их изотопов в природе, в том числе и ртути, является В. И. Вернадский, который указал на влияние антропогенного фактора в геохимических процесах. Далее, этими вопросами занимались — А. Е. Ферсман, А. А. Сауков (разработал сверхточный метод определения небольших содержаний ртути); В. З. Фурсов (обобщил возможности ртутометрии) [2]. Научными интересами В. И. Смирнова, Г. А. Твалчреладзе, В. А. Кузнецова, В. П. Федорчука, И. И. Степанова и других стала металлогения ртути [4].

Говоря про территорию исследований необходимо отметить, что оценкой масштабов ртутного загрязнения и эколого-геохимическим исследованием в районе территории бывшего завода «Радикал» после техногенной аварии занимались Государственное региональное геологическое предприятие (ГРГП) «Севергео — логия» г. Киев (Клос В.Р.), Украинский государственный институт инженерно-геодезических изысканий и съемок г. Киев и АО «Научно-технологический институт транскрипции, трансляции и репликации» г. Харьков.

Отбор проб почв в 2014 году проводился нами методом «конверта» с глубины 0−7 см. Рассматриваются пять промышленных площадей (в среднем, по 50 м²), расположение которых относительно электролизного цеха представлено на рис. 1, б. Для проведения мониторинговых исследований пробы были отобраны по местам расположения проб, отобранных в 2002 году работниками (ГРГП) «Севергеология».

Таблица 1. Среднее содержание тяжелых металлов в почвах, мг/кг

Анализ ртути и тяжелых металлов проводился с помощью метода ICP-MS (2014 год) и атомноабсорбционных спектрофотометров (ААС) «Юлия-2» и «АГП-01» (2002 год).

Методика для определения тяжелых металлов в 2014 году была следующей: 0,2 г пробы (просеянной и растертой) помещали в стакан, добавляли 10 мл 1н HNO₃ (особо чистая), взбалтывали на магнитной мешалке 30 минут, прибавляли Н₂О₂ (3−5 капель для удаления органики), фильтровали через фильтр «белая лента» и отбирали аликвоту для анализа на ИСП-МС. С помощью масс-спектрометрии с индуктивносвязанной плазмой определяли редкие земли (прибор ИСП-МС Еlement-2 фирмы Thermo Finnigan, Германия).

Основное внимание уделено распределению химических элементов первой и второй групп опасности — Hg, Zn, Pb (I) Cu (II), как основным загрязнителям территории.

При эколого-геохимической оценке важным является рассчет геохимических критериев [5], при этом определение фоновых содержаний является базовым показателем, благодаря которому выполняется сравнительная характеристика содержания элементов. Это экогеохимический стандарт по отношению к почвам до начала техногенного загрязнения. Относительно его разрабатывают мероприятия возврата загрязненных территорий к их природному состоянию [6]. Для определения фоновых содержаний химических элементов отобраны пробы почв с территории лесного массива, находящегося в 20 км от исследуемой территории, которая является «условно чистой». Так, для ртути фоновое содержание 0,03 мг/кг, при кларковом содержании 0,4 мг/кг.

Для оценки эколого-геохимического состояния территории необходимо оперировать геохимическими параметрами. Прежде всего, был вычислен кларк концентрации (КК) [5] - это отношение фонового содержания металла к его кларку (по А.П. Виноградову). Как показали расчеты, для всех элементов этот показатель меньше 1,5, т. е. они являются элементами рассеивания (табл. 1).

Таблица 2. Геохимические ряды по концентрации (относительно фона) химических элементов в почвенных отложениях исследуемых площадей

Рассчитав коэффициент концентрации элементов (Кс), который равен отношению содержания элемента (Q) к его фоновому содержанию (Сф) построены геохимические ряды (табл. 2) по почвенным отложениям, отобранным в 2002 и 2014 годах, в результате этого выявлены площади, где произошла наибольшая концентрация элементов (табл. 2).

Во всех случаях, элементом наибольшего концентрирования в почвах является ртуть. Однако, если почвенные отложения на площадях 1−3 имеют динамику к очищению, то участки 4−5 — к накоплению. Так, максимальный коэффициент концентрации ртути зафиксирован на площади 4, причем в 2014 году он выше, чем в 2002 году более, чем в 3 раза.

Следующим этапом — было определение суммарного показателя загрязнения (СПЗ), предложенного Ю. Е. Саетом. На сегодняшний день, этот показатель является единственным медико-обусловленным параметром геохимического поля компонентов окружающей среды и рассчитывается по формуле: СПЗ=ЕС / Сф- - (n-1), где С_і — содержание токсичного элемента в почве, Сф — фоновое содержание этого элемента, n — количество элементов со значением С_і/Сф>2. В Украине существуют эколого-геохимические градации СПЗ почв: 128 — чрезвычайно опасное загрязнение [5].

Проведя расчет этого параметра получили следующее: допустимое и умеренно допустимое загрязнение характерно для почвенных отложений площадей 1, 2, 3 в 2002 и в 2014 годах; почвенные отложения площадей 4, 5 загрязнены максимально. Так, если в 2002 году чрезвычайно опасное загрязнение для почвенных отложений не было зафиксировано, то в 2014 году на площади 4 такое загрязнение определено (табл. 3).

Таблица 3. Градация площадей по показателю СПЗ

Исходя из вышесказанного, можно заключить, что тяжелыми металлами наиболее загрязненны почвенные отложения площадей, находящихся в северозападной части от электролизного цеха, причем существует тенденция к накоплению элементов.

Опасность загрязнения тем больше, чем больше фактические уровни содержания контролируемых веществ в почве © превышают ПДК. То есть, опасность загрязнения почвы тем выше, чем больше значение коэффициента опасности (Ко) превышает 1, т. е. Ко=С/ПДК. При рассчете данного коэффициента получено, что почвенные отложения площади 4 являются наиболее загрязнеными. Если в 2002 году Ко: Hg — 0,76, Zn-2, Cu-1, Pb — 1,3, то в 2014 году: Hg — 2,31, Zn-3, Cu — 2, Pb-3.

Апробация результатов исследований

Основные результаты наших работ докладывались на международных и отечественных научных конференциях, таких как: межд. научн. конф. «Актуальные проблемы поисковой и экологической геохимии» (г. Киев, Украина 2014), Молодежной научной конференции «Геохимия и рудообразование» (г. Киев, Украина 2013, 2014).

Результаты исследований позволили установить, что площадь 4, находящаяся в северо-западной части от электролизного цеха является самой загрязненной относительно содержания Hg, Zn, Cu, Pb в почвенных отложениях, однако наибольшую опасность представляет ртуть. Установлена динамика накопления ртути на этом участке, что может быть связано с постоянным просачиванием ее из канистр, находящихся на открытом воздухе в течении десятков лет. Именно этот участок можно отнести к наиболее интенсивному очагу загрязнения почвенных отложений, территории, прилегающих к цеху электролиза, который представляет, на сегодня, зону экологического риска.

экологический геохимический электролизный завод.

• 1. Бывший киевский завод химикатов «Радикал» (Киев) [Електронний ресурс] / Режим доступу: http://wikimapia.org/15 907 424/ru
• 2. Фурсов, В. З. Возможности ртутометрии [Текст] / В. З. Фурсов. — М.: ИМГРЭ, 1998. — 188 с.
• 3. Крюченко, Н.О. Критерії розбракування природних і техногенних аномалій (за формами знаходження хімічних елементів) [Текст] / Н. О. Крюченко, Е. Я. Жовинський, О. А. Жук, М. В. Кухар // Пошукова та екологічна геохімія. — 2012. — № 1 (12). — С. 37−42.
• 4. Иванов, В. В. Экологическая геохимия элементов. Т. 5 [Текст] / В. В. Иванов. — М.: Экология, 1997. — 574 с.
• 5. Вступ до медичної геології. Т. 2 [Текст] / под. ред. Г. І. Рудька, О. М. Адаменка. — Київ: Академпрес, 2010. — 447 с.
• 6. Еколого-геохімічні дослідження об'єктів довкілля України [Текст] / под ред. Е. Я. Жовинський, І. В. Кураєва. — Київ: Альфа-реклама, 2012. — 156 с.